油茶(Camellia oleifera)是我國南方丘陵地區的一種重要油料植物。我國是世界上油茶籽產量*高、分布*廣、品種*多的國家,年產油茶籽約54.98萬噸,油茶籽副產品——油茶餅粕的年平均產量約為39.71萬噸[1]。經檢測分析,油茶餅粕中富含蛋白質、脂肪、淀粉、茶皂素、粗纖維和灰分等,茶籽蛋白質含有17種氨基酸成分,其中7種是人體必需的氨基酸。因此,油茶餅粕是一種營養價值較高的潛在飼料來源。然而,由于油茶餅粕中含有10%~15%左右的溶血性茶皂素(Thea saponin),對魚類等水生生物毒害性很強,茶皂素的存在又使飼料味苦且辛辣,因而限制了茶籽餅粕在飼料工業中的應用,造成巨大的資源浪費。
鑒于茶皂素在精細化工方面是一種優良的天然非離子表面活性劑,并具生物學活性,可廣泛應用于日化、輕紡、醫藥和農藥等行業中,其經濟價值較高。因此,如何科學有效地分離提取茶籽餅粕中的茶皂素,積極探索提取茶皂素后剩余餅粕的飼料化利用,實現茶籽粕資源的科學合理利用是本課題的研究重點。本文從油茶餅粕中茶皂素的提取純化著手,旨在實現對茶皂素的提取和茶粕飼料化的利用。該項目的成功開發必將極大地促進茶籽粕資源的綜合開發利用,不僅可部分緩解我國飼料原料短缺的矛盾,而且還將為我國南方廣大丘陵地區和茶葉生產區的經濟發展注入新的活力,有利于農業的可持續發展。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
油茶粕:由江西省武冠實業集團油脂有限公司提供,原料已經浸提工藝進行脫脂處理。
1.2 試劑及設備
無水乙醇;正丁醇;甲醇;去離子水;NaOH;HCl;粉碎機;DHG-9140型電熱恒溫鼓風干燥箱;BS110S電子天平;HWS12型電熱恒溫水浴鍋;離心機;300W電爐;索氏抽提器;大孔吸附樹脂(Amberlite XAD、D-101、HZ-841)、柱色譜裝置。
1.3 試驗方法
1.3.1 提取工藝

1.3.2 茶皂素含量的測定
水解法[2]。
2 結果與分析
2.1 水浸提單因素試驗結果
對油茶粕選定不同溫度、浸提時間、固液比、浸提液pH值做浸提單因子試驗,以水解法測定茶皂素的含量為評價指標,確定*佳的浸提工藝條件。
2.1.1 浸提溫度選擇
在恒定固液比為1∶10、浸提時間8h、pH7.0的條件下,分設50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃ 8個溫度點進行浸提,探討浸提溫度對茶皂素得率的影響,結果如圖1。

由圖1可以看出,茶皂素得率隨浸提溫度的提高而增大。但溫度高于80℃,茶皂素水溶液顏色明顯加深,呈現茶褐色;同時,溫度過高,茶粕中淀粉糊化速度加快,溶液粘性增大、粕中的蛋白、單寧等也容易浸出,無疑會影響茶皂素的后續純化處理和茶粕飼料化的利用。因此,選定75℃為*佳浸提溫度。
2.1.2 浸提時間選擇
在恒定浸提溫度75℃、固液比為1∶10、pH7.0的條件下,分設4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h 7個時間點進行浸提,探討浸提時間對茶皂素得率的影響,結果如圖2。

由圖2可以看出, 茶皂素得率隨浸提時間的延長而增大。但當浸提時間達8h后其增幅趨緩,考慮到浸提周期、能耗等因素,因此選取*佳浸提時間為8h。
2.1.3 固液比選擇
在恒定浸提溫度75℃、浸提時間8h、浸提液pH7.0的條件下,分別按固液比1∶6、1∶7、1∶8、1∶9、1∶10、1∶11、1∶12進行浸提,探討固液比對茶皂素得率的影響,結果如圖3。

由圖3可以看出,茶皂素得率隨浸提固液比的加大而增大。在1∶9后其得率增幅較小,基本趨于趨定,所以選取*佳浸提固液比為1∶9。
2.1.4 浸提pH值選擇
在恒定浸提溫度75℃、浸提時間8h的條件下,按固液1∶9的比例加入pH值為3.0、5.0、7.0、9.0、10.0、11.0、12.0水液于浸提器中浸提,探討浸提液的pH值對茶皂素得率的影響,結果如圖4。

由圖4可以看出,當浸提液的pH值小于10.0時,茶皂素得率隨pH值的增大而增大。在pH值為10.0左右達到峰值,pH值大于10.0其得率呈現下降趨勢。因此,選取*佳浸提pH值為10.0。
2.2 大孔吸附樹脂柱層析結果
分別稱取一定量的粗茶皂素(所用粗茶皂素經水浸提、紗布過濾、4 000r/min離心分離、水浴濃縮所得,呈褐色膠狀),用少量水溶解,選用Amberlite XAD、D-101、HZ-841三種吸附樹脂進行柱層析分離純化。裝柱后,先用去離子水洗脫至無色,后用0.2%的NaOH脫色除雜去除紅棕色物質,柱子逐漸變為黃色或淺黃色,再分別用20%、40%、60%的乙醇溶液進行洗脫,收集60%酒精溶液所得茶皂素,旋轉蒸發回收乙醇,3種吸附樹脂純化結果如表1。

由表1可知,選用3種吸附樹脂進行柱層析分離純化,其中以Amberlite XAD和HZ-841效果*佳。Amberlite XAD系吸附樹脂聚合而成的吸附脂具有大孔網格結構,其內表面能夠在不同的條件下有選擇地吸附、解析不同的物質;HZ-841大孔吸附樹脂是一種大孔弱極性吸附劑,主要是應用范德華力從極性溶劑中吸附非極性物質。由于茶皂素是一類非離子型極性物質,而且其主要雜質單寧、黃酮及糖類物質也是非離子型的,所以比較適合用中性大孔樹脂來分離純化。
2.3 萃取
經水浸提、紗布過濾、4 000r/min離心分離、水浴濃縮、大孔吸附樹脂柱層析純化等一系列工藝所得茶皂素雖然在顏色和純度上均有大幅改善,但再經濃縮干燥后仍然會帶有黃色,說明其中仍有部分色素和雜質未去除。本試驗在大孔吸附樹脂柱層析純化并旋轉蒸發回收乙醇的基礎上,采用對茶皂素溶解性較大的正丁醇進行萃取,試驗證明正丁醇萃取能有效去除茶皂素中色素和雜質,得到了淡黃色茶皂素結晶。
3 結論
水浸提茶皂素的*佳工藝條件為浸提溫度75℃、浸提時間8h、固液比1∶9、浸提pH值為10,茶皂素得率在12%左右;浸提液和茶粕采用離心分離技術進行分離,有效解決了以往茶皂素水浸提固液難分離的問題,提高了后續純化處理的能力;經3種吸附樹脂進行柱層析分離純化,其中以選用Amberlite XAD和HZ-841型吸附樹脂純化效果*佳采用正丁醇萃取經大孔樹脂初步純化的茶皂素水溶液,可得到高純度淡黃色茶皂素結晶,產品性能穩定;經水浸提后的油茶粕現已在水產飼料上進行試驗應用,效果良好。我國油茶餅粕資源豐富,以其作為飼料原料進行開發利用有著良好的前景。